一种新技术使用太赫兹（THz）电磁波来产生具有高帧率的视频，这可能对产品的无损检测很有用。
太赫兹辐射，又称THz波或太赫兹，包含了频率为0.3到3THz的电磁波。适用于从电磁辐射的毫米波波段的高频边缘（300 GHz）和低频率的远红外光谱带边缘（3000 GHz）之间的频率，对应的波长的辐射在该频带范围从1mm到0.1mm（或100μm），所以也叫作“亚毫米波段”。前缀“ tera”表示1000000000000或10^12。
太赫兹摄像
最大的应用之一是作为X射线的安全、无损替代品。太赫兹辐射可用于多种成像，例如在机场或无损材料测试中。现在，一种新技术将其用于高速视频。
研究人员使用所谓的太赫兹辐射，以每秒3000帧的速度产生视频，该电磁波是在电磁频谱的红外区域的长波长端发出的。为了快速捕获图像，他们首先将辐射穿过了激发的铯原子云，然后将其转换为绿光，从而使他们可以使用标准的光学相机来捕获视频。这项工作为非侵入式成像开辟了一条新途径，可能使工程师能够在产品通过生产线时窥探产品内部。
从理论上讲，太赫兹信号（波长大约在30微米至3毫米之间）对于生产线产品的无损检测是理想的选择。这些电磁波可以穿过织物、塑料和纸，并且不会造成离子化，这意味着，与x射线不同，它们没有携带足够的能量来去除原子和分子中的电子。但实际上，与较短和较长的波长相比，此波长范围很难检测。另外，太赫兹波源的工作功率往往比电磁频谱其他部分的功率低，太赫兹检测器的灵敏度较低。尽管存在太赫兹成像技术，但它们无法快速，高分辨率地捕获图像。
与其试图解决当前技术的局限性，不如开辟新方法。英国的达勒姆大学的凯文·韦瑟尔（Kevin Weatherill）及其同事尝试了另一种方法。研究生露西·唐斯（Lucy Downes）解释说：“我们将太赫兹光子转换为可见光子，因此我们可以利用已经非常完善的光学高速相机技术。”
太赫兹视频显示了一个以700 rpm旋转小轮，其中包含许多的狭槽，以每秒3000帧的空前速度捕捉视频。
研究小组使用铯原子进行转换。首先，他们用三束连续的激光束撞击石英池中的铯蒸气，使它们自发地衰减为基态，从而不断激发原子。研究小组选择了能产生处于所谓的里德堡态的受激原子的激光频率，在激态中，受激的电子几乎没有办法附着在原子上。然后，为了创建图像，他们通过单独的太赫兹光束照射移动的物体，并使“阴影图像”撞击激发的铯蒸气。
唐斯说：“里德堡态的受激原子对入射的太赫兹场非常敏感。” 当这些原子之一吸收太赫兹光子时，它会转移到另一个里德堡状态，该状态在衰变过程中极有可能发射绿色光子。对于吸收的每个太赫兹光子，有52％的机会会发射绿色光子。使用绿光，研究人员可以在短时间内轻松拍摄大量相对详细的快照。
该团队以700 rpm的转速旋转一个小轮，以3000帧/秒的速度创建视频，太赫兹光从轮辐之间的缝隙中穿过。他们还以每秒500帧的速度成像掉落的水滴。
太赫兹视频显示了每秒500帧的水滴下落过程。
唐斯说，该团队计划进一步改善系统的视频功能。“我们可以进行很多细微的更改来优化系统并将帧速率提高到更高水平，例如提高激光稳定性并使用针对绿光进行了优化的光学相机。”但是，上限受到了原子状态的限制，最高为每秒一百万帧。
英国利物浦大学的生物物理学家彼得·维特曼（Peter Weightman）表示，这项工作“在各个领域都有巨大的应用潜力，这是向前迈出的重要一步。这是快速太赫兹成像系统发展中的一项显著进步，这是由于非常聪明地利用了铯原子电子结构中的细微特征而得以实现的。”
这项研究发表在《物理评论》 X上。
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